Đầu tiên, các electron đƣợc sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, hay súng electron. Các electron này đƣợc điều chế thành các xung và phun vào buồng gia tốc. Buồng gia tốc có hai loại, đó là buồng gia tốc sóng ngang và buồng gia tốc sóng đứng. Bức xạ vi sóng đƣợc cung cấp dƣới dạng các xung ngắn, khoảng một vài μs và đƣợc phát ra dƣới dạng các xung điện áp cao, khoảng 50 KV, từ bộ điều chế xung đến nguồn phát vi sóng. Cấu trúc này thƣờng là “van” Magnetron. Ở một số máy phát năng lƣợng cao ngƣời ta dùng Klystron.
Xung điện từ và xung điện áp đƣợc phun vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời điểm (tạo ra sự cộng hƣởng). Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron đƣợc hút chân không dƣới áp suất thấp, tạo ra chuyển động tự do, tránh va chạm với các phần tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động của chúng. Năng lƣợng mà các electron có đƣợc từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống gia tốc tùy thuộc vào biên độ của điện trƣờng, có nghĩa là phụ thuộc vào công suất không đổi của nguồn
xxxi sóng cao tần.
Chùm electron đƣợc tăng tốc có xu hƣớng phân kỳ một phần do lực tƣơng tác đẩy Coulomb. Tuy nhiên, sự phân kỳ này có thể đƣợc khắc phục khi sử dụng một từ trƣờng hội tụ đồng trục. Từ trƣờng này do các cuộn dây nam châm cung cấp, đƣơng nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng. Ngoài ra còn có các cuộn lái bức xạ, đƣợc sử dụng để dẫn chùm electron chuyển động theo đúng hƣớng và vị trí yêu cầu.
Các electron đƣợc gia tốc tới năng lƣợng yêu cầu đƣợc lái qua đầu máy điều trị để sử dụng trực tiếp khi điều trị bằng chùm electron. Khi máy đƣợc sử dụng trong chế độ phát photon tia X , chùm electron (đã đƣợc gia tốc tới năng lƣợng khá lớn) sẽ đƣợc hƣớng vào một bia làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử Z lớn (bia tia X), ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia X nhờ hiệu ứng phát bức xạ hãm. Bức xạ này đƣợc sử dụng để điều trị ung thƣ.